DE3224271A1

DE3224271A1 - Als mehrlagige streifenleiteranordnung ausgebildete sammelleitung (bus) mit hoher kapazitaet

Info

Publication number: DE3224271A1
Application number: DE19823224271
Authority: DE
Inventors: Sunichi Ibaragi Fukuda
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 1981-06-27
Filing date: 1982-06-28
Publication date: 1983-03-24
Also published as: FR2514191B1; GB2113455B; GB2113455A; CA1200585A; JPS581915A; FR2514191A1

Description

München, den 25. Juni I982

lANOWeHRSTR. 97 β0OO MÜNCHEN ■

Rogers Corporation, Main Street, Rogers, Conn. O6263, Vereinigte Staaten von Amerika

Als mehrlagige Streifenleiteranordnung ausgebildete Sam- melleitung (Bus) mit hoher Kapazität

Die Erfindung betrifft eine als mehrlagige Streifenleiteranordnung ausgebildete Sammelleitung (Bus) mit eingebetteten oder inkorporierten Kondensatoren. Derartige Busstreifenleiter werden üblicherweise in der Weise zusammengestellt, daß ein Isolierstoffmaterial und Leiter aufeinandergeschichtet werden, die den Busstreifenleiter bilden und in welche Kapazitäfcselemente unmittelbar eingebracht werden.

Infolge des Trends, I/O-Einheiten in großem Maßstab zu stapeln (large scale piling), und wegen der hohen Packungsdichte der elektronischen Bauteile auf gedruckten Leiterplatten besteht für die Busstreifenleiter zur Stromversorgung und zur Signalübertragung die Forderung nach niedriger Induktivität und niedriger charakteristischer Impedanz und hoher verteilter Kapazität, um unerwünschte Hochfrequenzstörungen zu vermeiden.

Als mehrlagige Streifenleiter ausgebildete Vielfachleitungen, bei denen die leitenden Schichten durch dünne Schichten aus Isolierstoff mit relativ hoher Dielektrizitätskonstanten voneinander getrennt sind, sind als Komponenten für die Stromversorgung und die Signalübertragung bekannt und werden als Mehrlagen- oder Multilayer-Bus bezeichnet. Die Dielektrizitätskonstante des Materials der zwischen den leitenden Schichten angeordneten Isolierstoffschich-

ten ist jedoch begrenzt. Es wurde die Verwendung von Materialien mit sehr hoher Dielektrizitätskonstanten vorgeschlagen, was jedoch nicht nur Kostenprobleme sondern auch praktische Probleme mit sich bringt, die aus der Höhe und den Begrenzungen der Dielektrizitätskonstanten"resultieren

In der US-PS k2 66 091 ist ein mehrlagiger Busstreifenleiter beschrieben, der zu einer wesentlichen Verbesserung von Stromversorgungssystemen führt. Dort wird die direkte Einlagerung von Kondensatoren in den Busstreifenleiter vor geschlagen, die aus Keramikchips mit Silberelektroden bestehen. Die Kondensatoren befinden sich in Fenstern oder Ausschnitten der Isolierstoffschicht zwischen den Leitern und sind elektrisch und/oder mechanisch mit den Busstreifenleitern verbunden. Nach diesem Prinzip hergestellte Busstreifenleiter besitzen signifikante Vorteile, bringen jedoch das Problem der "Silberwanderung" mit sich, welche parasitäre Strompfade verursacht, die die Wirkung der eingebetteten Kondensatoren beeinträchtigen. Diese parasitären Strompfade verringern den Isolationswiderstand der einzelnen Kapazitätselemente spürbar und beeinträchtigen dadurch die Leistungsfähigkeit des Busstreifenleitersystems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses Problem der Silberwanderung durch Schaffung einer verbesserten als mehrlagiger Streifenleiter ausgebildeten Vielfachleitung mit hoher Kapazität, zu lösen.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Dadurch daß die Elektroden der Kondensatoren aus Nickel oder Nickellegierung bestehen, wird die Bildung parasitärer Strompfade aufgrund von Silberwanderung vermieden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, auf die hier-

mit zur Verkürzung der Beschreibung ausdrücklich verwiesen wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer als Mehrlagenstreif enleitung ausgebildete!Vielfachleitung mit inkoporierten Kapazitäten gemäß US-PS 42 66091,

Fig. 2 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild des mehrlagigen Streifenleiters· von Fig. 1,

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Konstruktion eines Kondensators gemäß US-PS 42 66 092,

Fig. 4 zeigt einen Schnitt eines Kondensators für einen Streifenleiterbus entsprechend der Erfindung.

Zunächst sei auf Fig. 1, 2 und 3 Bezug genommen. Sie zeigen einen mehrlagigen Streifenleiterbus mit inkorporierten Kapazitäten zur Verbesserung des Versorgungsspannungs-oder Signalverteilungssystems gemäß der genannten US-PS. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist besitzen die beiden Busleiter 1 und 3 einstückig mit ihnen ausgebildete Anschlußfahnen 2 bzw. 4, die in den gewünschten Abständen längs des Leiterelementes angeordnet sind. Die Leiter 1 und 3 sind mit der erforderlichen Versetzung der einstückig mit ihnen ausgebildeten Anschlußfahnen 2 und 4 angeordnet. Zwischen ihnen befindet sich ein Isolierstoffilm 5. Dieser besitzt Öffnungen oder Fenster zur Aufnahme von Kondensatoren 6. Die Gesamtstruktur wird geschichtet und anschließend mit einem (nicht dargestellten) äußeren Isolierstoffilm überzogen. Die Kondensatoren 6 umfassen dünne Keramikplatten 7 mit hoher Dielektrizitätskonstanten sowie leitende äußere Elektrodenschichten 8 und 9, die aus Silber bestehen. Beim Zusammenbau der Einheit mit den in den Fenstern des Isolierstoffilms angeordneten Kondensatoren kontaktiert eine der Elektroden,z.B. die Elektrode 8, die innenseitige Oberfläche des Leiters 1, während die andere Elektrode, z.B. die Elektrode 9, die in-

nenseitige Oberfläche des Leiters 3 kontaktiert. In der genannten US-PS ist die Verwendung eines leitfähigen Klebstoffes zur Bildung von Kontaktstellen zwischen den Elektroden 8 und 9 einerseits und den jeweils von ihnen zu kontaktierenden innenseitigen Oberflächen der Leiter 1 bzw. 3 andererseits empfohlen. Der Isolierstoffilm 5 wird vorzugsweise durch nichtleitenden Klebstoff mit den Leitern 1 und 3 verbunden.

Der auf diese Weise hergestellte mehrlagige Streifenleiterbus besitzt eine extrem hohe Gesamtkapazität, die - wie aus Fig. 2 hervorgeht - sowohl die Kapazität der Kondensatoren 6 als auch die verteilte Kapazität 12 des Isolierstoffilms 5 beinhaltet..Selbstverständlich soll die Darstellung in Fig. 2 nicht die relative Größe der Kapazitätswerte der Kondensatoren 6 einerseits und des Isolierstoffilms 5 andererseits wiedergeben. Die Kapazität der Kondensatoren 6 ist wesentlich, im allgemeinen um einige Größenordnungen, grosser als die Kapazität "der Isolierstoffschicht 5. Derartige mit hoher Kapazität behaftete Streifenleiterbusse gemäß der genannten US-PS eignen sich in besonderer Weise zur Verwendung mit gedruckten Leiterplatten hoher Packungsdichte und bringen signifikante Vorteile gegenüber der Verwendung externer Kondensatoren.

Trotz dieser herausragenden Vorteile, die mit der bekannten Konstruktion erzielt wurden, tritt in einigen Fällen ein Problem auf, das im folgenden mit "Silberwanderung" bezeichnet wird. Das Silber in den Elektroden 8 und 9 kann nämlich bei Anwendung elektrischer Belastung in einer feuchten Umgebung wandern. Auf diese Weise bilden sich parasitäre Strompfade um die Kanten der Kapazitätschips, (die den Isolationswiderstand des Chips beträchtlich verringern), und zu einer merklichen Verringerung der Wirkung der Kapazitätselemente führen. Es wurden Versuche unternommen, das durch die Silberwanderung entstehende Problem zu beseitigen oder zumindest zu verringern, indem dem Silber Palladium beigegeben

wurde, oder indem eine Imprägnierung mit Paraffin oder Polybutadien aufgebracht wurde, die einen Schutz gegen Feuchtigkeit bieten soll. Es wurde auch vorgeschlagen, einen dielektrischen Rand um die Kapazitätschips zu legen, wobei die Silberelektroden an den Kanten der keramischen Substrate enden. Keiner dieser Versuche konnte jedoch grundsätzlich etwas daran ändern, daß die Verwendung von Elektroden aus Silber oder Silberlegierungen - abhängig von der Wirksamkeit der Maßnahmen zur Unterbindung der Feuchtigkeit und anderer Bedingungen - das Problem der Silberwanderung mit sich bringt. Die Ausbildung von Kapazität und Strompfaden und die damit verbundene Beeinträchtigung der Wirkung der Kapazitätselemente treten dann auf. In einer Prüfatmosphäre mit einer Temperatur von 40° C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% und bei einer Belastung durch 25 V Gleichspannung sank der Widerstand an einem Kondensator 6 in einer Zeitspanne v<
weniger als 1 Megohm.

in einer Zeitspanne von 24 Stunden von 10 Megohm auf

Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind die voneinander abgewandten Oberflächen einer flachen Scheibe 7, die aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante besteht (vorzugsweise ein Keramikchip) mit Elektroden 10 und 11 versehen, die entweder aus Nickel oder einer Metall-Legierung bestehen, welche überwiegend Nickel enthält. Bei Kondensatorchips, die mit derartigen Elektroden ausgestattet sind, tritt das Problem der Wanderung von Elektrodenmaterial, das bei Silberelektroden gegeben ist, nicht auf. Daher entstehen bei den in dieser Weise ausgebildeten kapazitiven Elementen keine parasitären Strompfade, so daß auch keine Verringerung des effektiven Isolationswiderstandes bei solchen Chips auftritt. Als mehrlagige Streifenleiteranordnungen ausgebildete Busleitungen, in welche die kapazitiven Chips 12 gemäß Fig. inkorporiert sind, besitzen hohe Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit, ohne daß die Herstellkosten spürbar ansteigen.

Die Ausbildung der Kondensatoren 12 von Fig. 4 mit Elektroden aus Nickel oder einer Legierung mit hohem Nickelanteil auf einem Keramikchip vermeidet die mühsamen und teueren Verfahren, die bisher als Gegenmaßnahmen gegen das Problem der Silberwanderung notwendig waren. So können die feuchtigkeitsabweisenden Behandlungen und die Notwendigkeit zur Ausbildung isolierender dielektrischer Ränder auf den Kondensatoren entfallen. Es ist lediglich notwendig, daß die Nickelelektroden gemäß der Erfindung auf den beiden Oberflächen der Keramikelemente 7 eben angebracht sein müssen. Im übrigen bestehen keine Beschränkungen für die Form, in welcher die kapazitiven Chips ausgebildet werden. Die mit den bekannten Lösungen verbundenen Probleme machten es häufig notwendig, daß die keramischen Kondensatoren sorgfältig und genau 'als Quadrate oder Rechtecke mit scharf definierten Kanten oder Rändern ausgeformt waren. Einer derartigen Beschränkung begegnet man bei Kondensatoren mit den Nickelelektroden gemäß der Erfindung nicht, woraus eine beträchtlich größere Freiheit beim Entwurf sowie eine spürbare Steigerung der. Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der mit Kondensatoren gemäß der Erfindung ausgestatteten mehrlagigen Streifenleiterbusse resultieren.

Claims

Patentansprüche

1y Als mehrlagige Streifenleiteranordnung ausgebildete Sammelleitung (Bus)

- mit einem ersten Busleiter (1) der aus einem langgestreckten flachen Streifen von elektrisch leitfähigem Material gebildet ist,

- mit wenigstens einem zweiten Busleiter (3), der ebenfalls aus einem langgestreckten flachen Streifen aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist, wobei der erste und der zweite Busleiter (1, 3) im Abstand voneinander angeordnet und elektrisch gegeneinander isoliert sind,

- sowie mit wenigstens einem Kondensator (12), der zwischen den Busleitern (1, 3) eingebettet ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Kondensator (12) aus einem flachen Isolierstoffkörper mit voneinander abgewandten Hauptflächen und auf diesen Hauptflächen angeordneten leitenden Elektroden (10, 11) aus Nickel oder einer Legierung mit überwiegendem Nickelanteil besteht und daß die Elektroden (10, 11) elektrisch mit einander gegenüberliegenden inneren Oberflächen der Busleiter (1, 3) verbunden sind.
2. Sammelleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Isolierstoffkörpers (7) ein keramisches Material ist.
3. Sammelleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Busleitern (1, 3) eine Schicht (5) aus Isolierstoff angeordnet ist, in welcher eine Öffnung zur Aufnahme des Kondensators (12) vorgesehen ist.
4. Sammelleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur mechanischen Fassung der Bus-Streifenleiteranordnung vorgesehen sind.
5. Sammelleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl der genannten Kondensatoren (12) vorgesehen sind.
6. Sammelleitung nach Anspruch 5, d a d u r'c'h gekennzeichnet, daß in der zwischen den Busleitern (1, 3) befindlichen Schicht (5) aus Isolierstoff eine der Zahl der Kondensatoren (12) entsprechende Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme dieser Kondensatoren (12) angebracht ist.